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TECNOLOGIAS LAN POR: JUAN CARLOS RESTREPO Versión: 2.8 Medellín-Colombia 2001.

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1 TECNOLOGIAS LAN POR: JUAN CARLOS RESTREPO Versión: 2.8 Medellín-Colombia 2001

2 CARACTERISTICAS DE LA LAN Cortas distancias: un piso, un edificio, un campus, pocos kilómetros (típicamente menos de 5 Kmts). Altas velocidades: varios Megabits por segundo. Ej: 10Mbps, 16Mbps, 100Mbps, 1 Gbps. Generalmente son redes privadas. Las principales tecnologías LAN han sido estandarizadas por la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

3 MODELOS DE LA IEEE Principales desarrollos IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineer. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. Define estándares principalmente en niveles 1 y 2 de OSI. Modelos orientados a redes LAN y MAN. Divide el nivel de enlace en dos capas: MAC y LLC. Busca como en todos los modelos por capas independizar la funcionalidad de 1 y 2 del resto de protocolos. Las capas superiores las suministran protocolos como TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX.

4 PRESENTACION APLICACION SESION RED FISICO ENLACE TRANSPORTE ETHERNET, TB Y TR VS. OSI Medios, Interfaces, señales, sincronismo, modulación, codificación, etc. Tramado, detección y/o corrección de errores, control de flujo, control de acceso al medio. Encripción, compresión, sintaxis, códigos. Servicios extremo a extremo. Servicios de conexión mejorados como sincronización entre aplicaciones, etc. Enrutamiento, control de congestión. Comunicación entre aplicaciones.

5 ETHERNET, TB Y TR VS. TCP/IP SMTPSMTP FTPFTP TELNETTELNET IP TCP UDP DHCPDHCP SNMPSNMP RPCRPC ICMP IGMP ARP RARP ETHERNET, TOKEN RING, TOKEN BUS HTTPHTTP LPDLPD IMAP4IMAP4 POP3POP3 DNSDNS BOOTPBOOTP TFTPTFTP MAC LLC FISICO

6 MODELO DE LA IEEE LLC (802.2) (CSMA/CD) 10BASET (TB)802.5 (TR) 10BASE210BASE5 MAC LLC FISICO

7 LLC Logical Link Control. Define servicios estándares de nivel de enlace para las capas superiores, ocultando la complejidad como tipo de medio, trama, etc. De las capas inferiores. Tres tipos de servicios básicos: Datagrama sin reconocimiento. Datagrama con reconocimiento. Orientado a conexión.

8 ETHERNET Ethernet fue desarrollado por los laboratorios de XEROX a partir del protocolo ALOHA. Cable coaxial de 1 Km a 2.94 Mbps para 100 estaciones. Xerox, DEC e Intel crearon Ethernet a 10 Mbps. La IEEE hizo modificaciones y estandarizó la norma Basado en acceso al medio CSMA/CD. Opera sobre diversos medios como coaxial, UTP, Fibra óptica. En la actualidad es la tecnología de área local por excelencia.

9 ACCESO AL MEDIO- CSMA/CD Se escucha el medio. Si esta ocupado queda escuchando hasta que se libere. Si esta libre empieza a transmitir. Si dos transmiten a la vez hay colisiones. Quien primero detecta la colisión genera un JAM (48 bits) para notificar la colisión al resto. Quienes colisionaron esperan una cantidad aleatoria antes de transmitir de nuevo(backoff algorith). (Se toma un intervalo entre 0 y 2 i – 1, donde i es el número de colisiones hasta el momento) Al valer i=10 se mantienen los intervalos entre Después de 16 intentos fallidos se desiste con la trama y resetea el contador i. Utilizado por 10, 100 y 1000 Mbps.

10 802.3 – MEDIOS FISICOS COAXIAL: –10BASE-2: C/segmento 185 mts. 30 nodos por seg. Máx 5 seg. –10BASE-5: C/segmento 500 mts. 100 nodos por seg. Max 5 seg. UTP/STP –10BASE-T –100BASE-T (802.3u) –100BASE-T4 –1000BASE-T (802.3ab) –1000BASE-CX (STP – 25 mts) FIBRA OPTICA –10BASE-FX –1000BASE-SX (802.3z) –1000BASE-LX (802.3z)

11 CONECTORES PARA UTP5 DCE 10/100BASET 1000BASET

12 CONECTORES PARA UTP5 DCE

13 9u Singlemode { 1000BASE-LX Fiber (1350nm) { 1000BASE-SX Fiber (850nm) { 1000BASE-CX Copper 25m5km 220m 275m { 1000BASE-T Copper 100m 550m 50u Multimode 4 pr CAT 5 UTP Balanced Shielded Cable 62.5u Multimode Source: Gigabit Ethernet Alliance Data Center Building Backbone s Campus Backbone Wiring Closet APPLICATION Fiber versus Copper Gigabit

14 MODELO DE GIGABIT ETHERNET

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18 DISTANCIAS CON GIGABIT ETHERNET

19 ESCALABILIDAD DE ETHERNET

20 FUENTES DE LUZ AtenuacionAtenuacion Longitud de onda en micrones LUZ: dB/Km SXLX

21 1000BASE-ZX FIBRADISTANCIA 9/10 micrones single mode 70 Kmts. 9/10 micrones dispersión shift 100 Kmts. Longitud de onda: 1550 nm.

22 1000BASE-LH Es una especificación multivendedor que cubre diferentes distancias. No es aún una norma de la IEEE.

23 DISPOSITIVOS HUBS-CONCENTRADORES Operan en el nivel físico. Pueden ser: Pasivos: la señal que entra en un puerto la pone en los otros tal y como llega. Activos: a diferencia del anterior regenera la señal. Inteligentes: son adicionalmente administrables y validan algunos aspectos como longitud de la trama, errores, etc. SUICHES Operan en el nivel 1 y 2 de OSI ya que entienden las tramas.

24 DISPOSITIVOS-HUB 3COM Servidor Cliente

25 CODIFICACION MANCHESTER (10 Mbps) Provee sincronismo, pero no detección de errores. Utilizado en Ethernet. 4B/5B (100 Mbps) MEDIANTE MLT3 4 bits se representan con 5 símbolos. Usado también por FDDI. 8B/10B (1000 Mbps) 8 bits se representan con 10 símbolos. Usado en Fiber Channel (parte de Gigabit Ethernet) y en ATM.

26 CODIFICACION

27 TRAMAS Trama Ethernet I desarrollada por DIX (Digital, Intel y Xerox) hacia Dos años después se presenta Ethernet II que es la trama utilizada por TCP/IP. Tambien conocida como ARPA. Posteriormente la IEEE empezó a desarrollar la norma pero Novell no esperó y presentó la trama (En Cisco se llama Novell-Ether) Luego la IEEE finalizó el desarrollo de la trama incluyendo el encabezado (LLC: Logical Link Control). Actualmente las tarjetas de red soportan todos estos tipos de trama, pero se requiere que cada conjunto de estaciones con el mismo protocolo tengan la misma trama.

28 TRAMAS Ethernet Header Ethernet II Preámbulo: SFD:

29 INTERFACE AL NIVEL DEL ENLACE TRAMA SNAP (Sub Network Access Point) Caso particular de trama DSAP=SSAP=170 Indican presencia de SNAP EtherType igual que en trama Ethernet II.

30 CANTIDAD DE TRAMAS Interframe Gap Ethernet devices must allow a minimum idle period between transmission of frames known as the interframe gap (IFG) or interpacket gap (IPG). It provides a brief recovery time between frames to allow devices to prepare for reception of the next frame. The minimum interframe gap is 96 bit times, which is 9.6 microseconds for 10 Mb/s Ethernet, 960 nanoseconds for 100 Mb/s Ethernet, and 96 nanoseconds for 1 Gb/s Ethernet Cantidad de tramas de 64Bytes en los diferentes enlaces: 10Mbps Mbps Trama mínima: 64Bytes Trama máxima: 1518 sin VLAN y 1522 con VLAN (No todas las tarjetas soportan esta última.)

31 DIRECCIONAMIENTO Se utiliza un direccionamiento plano basado en direcciones de 6 bytes estructurados así: 3 bytes para el fabricante. 3 bytes para el identificar cada tarjeta del fabricante. Ejemplo: 00-D0-01-AB-CD-EF Ethernet soporta: Unicast: Direccionar un nodo. Cada NIC tiene su MAC. Multicast: Direccionar un grupo de nodos. Broadcast: Enviar a todo mundo. FF-FF-FF-FF-FF-FF

32 MULTICASTING Para Multicast Ethernet esta reservado el rango: E A F-FF-FF Ejemplo: Mapeo de una dirección Multicast IP a una Dirección Multicast Ethernet

33 MULTICASTING Envío a un grupo de equipos a la vez. Uso: Aplicaciones multimedia como emisión de video y audio, videoconferencia, actualización Bases de datos distribuidas, etc. Depende de las facilidades de los niveles inferiores. Ejemplo: Ethernet soporta Multicast. Las direcciones son locales a la red física. Ejemplo de grupos predefinidos: Reservada Todos los sistemas en esta subred Todos los enrutadores en esta subred Todos los enrutadores OSPF.

34 MULTICAST Un suiche tradicional maneja el Multicast mediante Flooding. Para evitar inundaciones por este tipo de tráfico se requiere que los suiches entiendan GARP/GMRP. Solo se envía paquetes Multicast por los puertos del suiche donde hay nodos que reportaron su interés en el grupo. Un suiche sin esta funcionalidad inunda la red con el tráfico Multicast, incurriendo en consumo de ancho de banda aunque no procesamiento de la estación.

35 GARP/GMRP Protocolo para notificar la pertenencia de una estación a un grupo Multicast para que las tramas no sean manejadas con flooding sino de forma inteligente. Protocolos Multicast de nivel 2 que hacen parte de 802.1d Utiliza dos tipos de mensajes: JOIN: Para notificar el interes en un grupo. Enviado por la estación. LEAVE: Para indicar la salida de un grupo. Enviado por la estación. LEAVE-ALL: Enviado por el suiche por todos sus puertos peiódicamente para evitar seguir enviando tráfico cuando las estaciones no envían el mensaje LEAVE para salir. Para garantizar la entrega del mensaje se envía dos veces. Si se escucha que alguien más envía el mensaje, se toma este envío como una de las veces.

36 Multicast Filtering Not a Client Clients No Clients 3COM Clients

37 REPETIDOR Dispositivo que repite o regenera la señal. Mecanismo para extender un segmento. Típicamente se utilizan Transceivers o Hubs. Para cada medio se establece la cantidad de repetidores posibles en un dominio de colisión. Permiten cambiar de un medio a otro. Dominio de Colisión: espacio en donde dos máquinas pueden colisionar. El repetidor extiende el dominio de colisión.

38 TRANSCIEVER Dispositivo o componente (Transmitter-Receiver) que transmite o recibe las señales al medio o del medio. Pueden ser externos o internos. Los internos están en la circuitería de la tarjeta de red o NIC (Network Interface Card). El externo típicamente utiliza una interface AUI.

39 TARJETA DE RED O NIC Network Interface Card. Componente que conecta el nodo (estación, servidor, etc) a la red. Su configuración requiere entender: IRQ. Puerto I/OBASE DMA Memoria compartida.

40 NIC Cuando la trama no es para la tarjeta no genera interrupción. Cuando la trama es para la tarjeta: su MAC, broadcast o un grupo Multicast al que pertenece genera interrupción y procesamiento en el nodo. Buffers Driver Con buffer TRAMA IPIPXNB CPU MEMORIA PIC TRAMA ARP

41 BRIDGING- BRIDGE Mecanismo para conectar varias LAN creando dominios de colisión. Utiliza backward learning para aprender donde está cada nodo. Si hay múltiples caminos entre una red y otra mediante Spanning Tree solo deja una ruta. Si no sabe donde está el destino utiliza Flooding (inyecta el paquete por todas las interfaces excepto por donde entró). Básicamente por software y pocos puertos. Adicionan generalmente entre un 10-30% de retardo en la red.

42 SUICHEO Suiche: dispositivo inteligente de nivel 2 que conmuta tramas. Aprende la ubicación de los nodos a medida que estos transmiten, revisando la dirección MAC fuente y registrando su ubicación (puerto por donde entró la trama) en la tabla MAC. La tabla MAC entre otros campos tiene: PUERTO, MAC, TIEMPO DE VIDA. Si al suichear una trama se sabe donde esta el destino, coloca esta solo en el puerto correspondiente. Si no sabe del destino utiliza flooding: inyecta la trama por todos los puertos excepto por donde entro. OJO: Flooding NO es lo mismo que broadcast.

43 FLOODING VS. BROADCAST FLOODING El PDU (Eje: trama) se inyecta por todas las interfaces excepto por donde entro. Solo la procesa aquella estación o estaciones para la cual va dirigida. BROADCAST La trama se inyecta por todas las interfaces, excepto por donde entro. Al tener la trama como destino todos: FF:FF:FF:FF:FF:FF, todos la deben procesar.

44 SUICHEO-SPANNING TREE Algoritmo para evitar loops entre suiches o bridges creando rutas únicas entre los nodos. Los suiches intercambian Bridge Protocol Data Units para determinar el estado de los puertos. Define estados para los puertos asi: Blocking: No pasa frames pero escucha BPDU. Listening: No pasa frames pero los escucha. Learning: No pasa frames pero aprende direcciones. Forwarding: pasa frames y aprende direccines. Disabled: No pasa frames y no escucha BPDU. Se reservó el grupo de direcciones MAC: C para el envio de BPDU. Actualmente se usa: C

45 SUICHE Crea dominios de colisión. En configuración normal (sin VLAN) se mantiene un solo dominio de broadcast. La diferencia fundamental con el bridge es que suichea el paquete por hardware. Varios tipos de suiches: Simetricos: todos los puertos operan a la misma velocidad. Asimetricos: unos puertos son más rápidos que otros.

46 SUICHEO Tipos de suicheo: Store and fordward: espera a que llegue totalmente la trama antes de conmutarla. Verifica la longitud de la trama y FCS. Cut-through: empieza a conmutar al llegar el principio de la trama. No verifica el FCS. Dos esquemas: Fast-forward: conmuta inmediatamente al tener la dirección destino. Es el más rápido pero puede pasar tramas malas. Fragment-free: empieza a conmutar al llegar 64 bytes, para evitar conmutar jam o pedazos de tramas originados por colisiones.

47 SUICHEO 3COM 0x ab TABLA MACPUERTOTIEMPO 0x ab 130 0x a-aa225 0x a-aa x bb-bb

48 SUICHEO p Norma para proveer calidad de servicio. Define 8 niveles de prioridad: 0-7. Niveles altos de mayor prioridad. Tanto el suiche como los nodos deben manejar el protocolo. Requiere en el suiche el manejo de colas para priorizar.

49 VLAN Virtual LAN. División de una LAN en varias LAN lógicas totalmente independientes. Crea dominios de Broadcast aprovechando la inteligencia del suiche para decidir si deja o no pasar una trama a otro puerto. Se pueden crear por varios criterios (MEMBRECIA): –Puerto físico (Port Centric). –Dynamic: Determina la VLAN de acuerdo a MAC, Direcciones de Red, Protocolo de red, etc. –Static VLAN: se asigna el puerto a la VLAN. Requiere de routers para la interconexión de las VLAN. Para implementar VLAN entre varios suiches se utiliza la norma para trunking entre suiches 802.1Q. Cada VLAN corre una instancia independiente de Spanning Tree.

50 VLAN-802.1Q Estandar para extender las VLAN entre suiches. Los suiches marcan las tramas agregando 4 bytes a la trama original así: –2 para el tipo. –2 para información de prioridad y VLAN En la trama Ethernet_II utiliza el type: 0x8100.

51 Cabecera de la Etiqueta (Tag Header) TPID: Tag Protocol ID (8100) CFI: Canonical Format Indicator – Orden de bit de dirección en frames TR/FDDI – Presencia/ausencia de RIF en 802.3/Ether frame PRIORITY: Nivel de prioridad de 0-7. VID: Identificador VLAN VLAN TAGGING (Cont.)

52 802.1Q V1 V2 V3 V1 V2V2, V3 V1 VLAN3 VLAN2 VLAN Q VLAN 3COM V2, V3 V1

53 AGREGACION También conocido como trunking. Norma: 802.3ad Agrupación de varios enlaces para incrementar la capacidad. Puede ser entre suiche-suiche o suiche-nodo. Requiere deshabilitar el Spanning Tree en los puertos de la agregación. Los puertos de un enlace agregado se ven como uno solo. Las tramas de un flujo entre una fuente y un destino que pasan por un troncal agregado siempre se van por solo uno de los enlaces, para evitar la reorganización de las tramas.

54 RESILENCIA Permite tener contingencia al tener más de un enlace entre los suiches. El Spanning Tree deshabilita el canal de backup mientras el principal esta en funcionamiento

55 3COM SS II Switch 3300 SS4900SX SS4900 Gigabit Links AGREGACION (TRUNKING)

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57 APILAR (STACK) VS. CASCADEAR A través de un puerto especial se conectan los backplane de los dispositivos. Generalmente se ve el stack como un solo equipo. Mayor desempeño. A través de los puertos convencionales (10/100/1000) se conectan los equipos. Se ven como equipos independientes. Menor desempeño.

58 RESILENCIA 3COM SS3300 3COM SS3300 SS4900SX SS4900 RSL

59 LAYER 3 SUICHING Enrutador de alto desempeño enbebido en el suiche y orientado a la LAN usado principalmente cuando se tienen VLAN. Su alto desempeño se debe a la utilización de ASIC (Aplication Specific Integrated Circuit). Mientras que un enrutador tradicional enruta entre y de paquetes por segundo, el suiche nivel 3 enruta varios millones de paquetes por segundo. Es una evolución mas que una revolución. Maneja protocolos de enrutamiento tradicionales como RIP, OSPF, etc.

60 LAYER 3 SUICHING Dos filosofías básicas: Packet-by-packet: Se enruta el paquete como lo hace un router tradicional solo que por hardware (ASIC: Application Specific Integrated Circuit). Interoperan bien con routers tradicionales. Flow-based routing: El primer paquete se enruta, pero los otros con el mismo destino se suichean. Mas rápido pero generalmente soluciones propietarias.

61 LAYER 3 SUICHING VS. ROUTERS LAYER 3 SUICHES Mayor desempeño: varios millones de pps Implementados con ASIC. ROUTERS Basados en procesadores de propósito general. Entre y algo más de 1 de pps. Implementados por software.

62 802.11b – Ethernet Inalámbrico Basado en tecnologías Spread Spectrum: Frequency Hopped and Direct Squence. Varias velocidades: 1, 2 y 11(DSSP) Mbps. Basado en tecnología Direct Sequence Spread Spectrum. Velocidad: 11 Mbps. Por overhead se baja a 5.5 Mbps generalmente. Frecuencias: 2.4 GHz (Muy saturada actualmente). Distancia típica: depende de la distribución del espacío. Tipicamente (300 pies, aprox 100mts.)

63 – ETHERNET INALÁMBRICO

64 802.11A – ETHERNET INALÁMBRICO Norma de la IEEE para redes locales a 54 Mbps. Frecuencia: 5GHz (No saturada). Esquema de transmisión: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Alcance menor que b debido a la alta frecuencia. Eje: 60 pies, aprox 20mts, por tanto requerirá más access point. Incompatible con b.

65 TOKEN BUS El aspecto estadístico de Ethernet no era bueno para el entorno industrial. General Motors y otros desarrollan Token Bus. Un bus físico, un anillo lógico. Cada estación tiene una dirección MAC. El anillo esta dado al tener cada estación un predecesor y un sucesor. El token circula lógicamente de estación a estación. Quien tiene el token puede transmitir. Es muy complejo: muchos temporizadores y variables. Utiliza cable coaxial de 75 ohmios. Permite tres técnicas de modulación.

66 TOPOLIGIA DE

67 TOKEN BUS Maneja prioridades. Se considera determinístico, aunque algunos aspectos son estadísticos: por ejemplo el ingreso de una estación al anillo ya que debe esperar a que su dirección reciba permiso para entrar.

68 TOKEN RING Token Ring: Tecnología desarrollada por IBM. Es la base de la norma de la IEEE El control de acceso al medio se hace mediante un token (trama especial) que circula de nodo a nodo. Cuando un nodo tiene el token puede transmitir. De lo contrario tiene que esperar hasta recibir el token. Quien transmitió remueve la trama del medio. Por su forma de operación es determinístico. Requiere que un nodo se comporte como monitor para controlar eventos como: Pérdida del token. Tramas no sacadas de la red. Velocidades: 4 y 16 Mbps. Numero de estaciones: 260 STP, 72 UTP.

69 TOPOLOGIA DE 802.5

70 TOKEN RING TOPOLOGIA FISICA: Estrella. TOPOLOGIA LOGICA: Anillo.

71 ESTRUCTURA DE LA TRAMA

72 TOKEN RING Soporta manejo de prioridades. CODIFICACION: Manchester diferencial.

73 FDDI Fiber Distributed Data Interface. Similar a Token Ring. Orientada al Backbone de la red. Opera sobre Fibra Optica multimodo con lasers. Dos anillos operando en sentido contrario para soportar fallas. Velocidad: 100 Mbps. Distancia: 200 Km. Estaciones: 1000 Codificación: 4B/5B. No muy utilizada en la actualidad.

74 FDDI Similar a Token Ring.

75 LAYER 3 SWITCHING Fiber Distributed Data Interface. Similar a Token Ring. Orientada al Backbone de la red. Opera sobre Fibra Optica multimodo con lasers. Dos anillos operando en sentido contrario para soportar fallas. Velocidad: 100 Mbps. Distancia: 200 Km. Estaciones: 1000 Codificación: 4B/5B. No muy utilizada en la actualidad.

76 RESUMEN DE ALGUNAS TECNOLOGIAS LAN

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78 WIRING CLOSET HIGH-BANDWIDTH USER SOLUTION 1000BASE-SX Trunks 100/1000 Transcend Network Supervisor

79 Control de flujo x


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